"Einstein's Unfinished Revolution" oleh Lee Smolin
(Imej: © Penguin Press)
Mekanik kuantum adalah sains yang diselesaikan. Kes ditutup, dan terima kasih banyak - atau banyak yang akan membantah.
Berkat kerja perintis pada tahun 1920-an, banyak orang percaya bahawa kita sekarang mengetahui semua yang perlu kita ketahui mengenai gerakan pada skala atom atau subatomik. Menurut ahli fizik Denmark Niels Bohr dan pengikutnya, kita dapat menegaskan sama ada kedudukan zarah atom atau lintasannya, tetapi kita tidak dapat melakukan keduanya pada masa yang sama. Ramalan semacam itu hanya mungkin probabilistik, tidak pernah tepat.
Ahli fizik teori Lee Smolin, dari Perimeter Institute for Theoretical Physics di Waterloo, Kanada, telah menghabiskan seluruh kerjayanya untuk mencabar pandangan ini. Smolin percaya bahawa kemenangan Bohr adalah contoh karisma yang menyekat perbezaan pendapat yang sah, bahkan dari para penentang yang terkenal seperti Albert Einstein dan Erwin Schrödinger.
Hari ini, Smolin, mengikuti jejak Albert Einstein dan meneruskan tradisi panjang yang merangkumi ahli fizik lain termasuk David Bohm, mencari teori untuk "melengkapkan" fizik kuantum dengan membenarkan keterangan yang tepat dan bukan kebarangkalian kabur. Smolin mempunyai perspektif "realistik", berbanding pandangan "anti-realistik" terhadap Bohr dan pembantunya. Smolin menunjukkan perspektifnya dalam "Revolusi Einstein yang Belum Selesai"(Penguin Press, April 2019). Space.com berkomunikasi dengan Smolin untuk membincangkan buku ini, bagaimana idea baru menjadi dominan dalam sains, dan apa yang dia miliki sekarang.
Space.com: Apakah perbezaan antara pendekatan realistik dan anti-realistik mekanik kuantum?
Lee Smolin: Bagi saya, perbezaan antara seseorang yang realistik mengenai fenomena kuantum berbanding dengan seseorang yang bukan realis adalah, sebagai seorang realis, anda percaya bahawa ada kisah yang lengkap, dan ada penerangan yang lengkap, yang dapat kita capai dari sebarang proses atom, sebarang proses nuklear, apa sahaja yang berlaku di dunia subatomik. Mekanika kuantum tidak memberikan gambaran lengkap mengenai setiap proses secara berasingan, dan oleh itu tidak lengkap. Kita harus mencari teori yang lebih mendalam di luarnya. Mekanika kuantum adalah langkah ke arah pemahaman mengenai fizik subatom, tetapi itu bukan langkah terakhir. Oleh itu, tugasnya adalah dengan lebih mendalam dan mencipta atau menemui teori yang lebih baik yang memberikan penerangan yang lengkap.
Sekiranya anda disebut sebagai anti-realis, maka anda berpendapat bahawa mekanik kuantum seperti yang ditulis pada tahun 1920-an mungkin merupakan teori terakhir, dan tidak ada motivasi untuk melihat lebih mendalam.
Space.com: Anda merujuk kepada orang yang mencari penyelesaian teori kuantum sebagai "realis naif" kerana pandangan mereka tidak memerlukan pembenaran berbelit-belit. Bolehkah anda menghuraikan istilah ini?
Smolin: Naive benar-benar bermaksud canggih. Naive bermaksud anda telah mendengar semua bantahan asas terhadap idea bahawa kami dapat memberikan gambaran lengkap tentang dunia ini dan menolaknya dan menganggapnya sebagai tujuan kami untuk memahami alam sepenuhnya dan seolah-olah kami tidak berada di sini. Sains adalah gambaran tentang alam yang seharusnya objektif, tidak dipaksakan oleh eksperimen kita atau oleh idea atau kepercayaan kita.
Space.com: Adakah "naif" bermaksud terbuka sepenuhnya terhadap idea dan kepercayaan baru?
Smolin: Buka sepenuhnya? Tidak. Orang lupa bahawa fizik, seperti sains apa pun, mempunyai sejarah dan tradisi. Ambil idea sederhana seperti momentum, yang harus difahami dalam konteks semua perbincangan sejak abad ke-16 dan ke-17 mengenai prinsip inersia, prinsip relativiti, dan sebagainya. Anda tidak dapat menjelaskan konsep seperti momentum tanpa tenggelam dalam keseluruhan sejarah konsep.
Space.com: Buku anda jelas dan jelas, dan dapat difahami oleh orang-orang dengan pelbagai tahap pengetahuan latar belakang. Apa proses penulisan anda?
Smolin: Kenapa berterima kasih! Saya akan menganggapnya sebagai pujian. Saya mempunyai banyak pengalaman dan banyak latihan mengajar fizik moden kepada yang tidak berpengalaman. Di universiti yang berbeza, saya sering mengajar kursus "fizik untuk kemanusiaan" atau "fizik untuk penyair". Oleh itu, saya mempunyai banyak pengalaman dengan mengasah strategi pedagogi yang berbeza untuk digunakan dalam mengajar fizik kuantum atau relativiti kepada orang awam.
Buku seperti ini mempunyai beberapa penonton secara serentak. Saya bercakap dengan pakar dan rakan sekerja, tetapi terutamanya saya menangani orang awam. Dan orang awam pertama yang penting adalah penyunting. Saya selalu berkeras untuk bekerja dengan editor yang mempunyai ijazah dalam sastera atau kemanusiaan atau sejarah - bukan ijazah dalam sains. Saya juga mempunyai beberapa pembaca ujian yang tidak mempunyai pendidikan dalam sains. Mereka semua mendorong saya untuk memberi penjelasan, penjelasan, penjelasan dan jika perlu menulis semula buku. Buku khusus ini melalui tiga penulisan semula lengkap. Tidak ada yang tersisa di lantai ruang pemotongan, boleh dikatakan. Keseluruhan draf pertama benar-benar ditinggalkan dan dipersetujui semula, dan hasilnya adalah buku yang jauh lebih baik, pada pendapat saya.
Space.com: Memandangkan ia ditulis semula berulang kali, berapa lama masa untuk menulis buku itu?
Smolin: Menulis bukan pekerjaan saya; pekerjaan seharian saya adalah seorang ahli fizik teori. Tetapi pada masa lapang, kira-kira tiga tahun. Akan ada satu bulan atau enam minggu ketika saya mengusahakan buku ini, dan kemudian enam bulan akan berlalu dan saya akan merenungkan dan memikirkannya dan kemudian saya akan terjun lagi selama tiga minggu atau sebulan. Jadi seperti itu dalam jangka masa tiga tahun.
Space.com: Buku anda memperincikan sejarah fizik kuantum pada awal abad ke-20. Mengapa revolusi kuantum anti-realis yang dicetuskan oleh Niels Bohr menjadi pandangan yang dominan - dalam sekelip mata?
Smolin: Ada dua perkara yang bertindak serentak. Salah satunya, dan yang paling penting, adalah kejayaan percubaan yang luar biasa. Kemanusiaan berjalan dalam waktu kurang dari 30 tahun daripada disatukan dengan idea bahawa jirim terbuat dari atom ke teori fizik atom yang lengkap. Dan ia berfungsi dengan baik untuk menjelaskan spektrum [pelangi warna yang dihasilkan dengan memisahkan komponen cahaya dengan panjang gelombang mereka], daya, sebatian kimia - semuanya! Kemudian dengan cepat, fizik nuklear, fizik zarah, bagaimana bintang berfungsi - astrofizik.
Oleh itu, kejayaan percubaan itu sangat mengejutkan, dan cepat. Diukur dengan itu, perbezaan pendapat orang-orang seperti Einstein, Schrödinger dan de Broglie yang berkata, "Tunggu sebentar! Asasnya kacau!" Semua itu boleh disapu di bawah permaidani.
Itu adalah perkara pertama. Perkara kedua adalah prestise dan karisma Niels Bohr, dengan sokongan yang dia miliki dari pemerintah Denmark dan syarikat bir Carlsberg, untuk mewujudkan pusat di mana semuanya datang melalui dirinya. Keperibadiannya yang sangat hipnotis dan karismatik dapat mempengaruhi pemikiran generasi orang yang keluar dari perang yang mengerikan [Perang Dunia I]. Oleh itu, terdapat banyak perkara yang berbeza dalam satu masa.
Space.com: Dan teori lain tidak dapat maju.
Sangat mengejutkan bahawa teori gelombang perintis de Broglie - walaupun ia dapat diperjuangkan oleh Einstein, oleh de Broglie dan dengan cara oleh Schrödinger - tidak memberi kesan, walaupun fakta bahawa ini bukan golongan mulia. Ini adalah orang-orang terkenal di dunia dengan Hadiah Nobel, yang telah melakukan ilmu yang hebat, tetapi perbezaan pendapat mereka tetap dapat diabaikan selama beberapa generasi.
[Teori gelombang percubaan, yang dikembangkan oleh Louis de Broglie pada tahun 1920-an dan David Bohm berkembang pada tahun 1950-an, menegaskan bahawa elektron merangkumi kedua-dua zarah dan gelombang dan bahawa zarah bergerak ke arah yang gelombang membimbing mereka. Ini adalah deterministik, bukan probabilistik.]
Saya fikir akhirnya para saintis adalah manusia, dan kita dipengaruhi oleh semua jenis perkara, dari bias yang tidak sedar hingga cita-cita hingga kekuatan sosial. Sejarah mekanik kuantum menjadi cerita yang patut dipertimbangkan, tetapi ini bukan kisah yang luar biasa.
Space.com: Bagaimana reaksi rakan anda terhadap buku anda?
Smolin: Sejauh ini tidak ada yang mengejutkan. Pandangan saya terkenal dalam komuniti ahli fizik. Walau provokatifnya sepertinya dalam struktur buku ini, tidak ada perbincangan yang belum diperdebatkan secara mendalam di kalangan ahli fizik.
Satu-satunya perkara yang baru adalah beberapa bab terakhir. Saya mengambil risiko besar untuk meletakkan kerja saya sekarang di atas meja.
Space.com: Sila jelaskan karya semasa anda.
Smolin: Perkara terpenting yang saya lakukan dalam karya baru saya adalah memandang serius peranan sebagai bukan daerah. [Bukan tempat merujuk kepada kemampuan objek untuk mempengaruhi tindakan objek lain yang berjauhan dalam ruang dan waktu.] Sekiranya anda ingin memberikan penerangan yang realistik dan lengkap mengenai apa yang berlaku apabila anda mempunyai dua zarah atau lebih yang telah berinteraksi dan apa yang kita panggil "terjerat", maka bagaimana anda memilih untuk memanipulasi salah satu zarah dapat mempengaruhi yang lain, walaupun mereka berjauhan. Dan ini bermaksud bahawa anda harus memandang serius bahawa pengaruh tidak dibatasi oleh idea bahawa perkara hanya mempengaruhi apa yang dekat dengan mereka.
Jadi, saya menganggapnya serius, dan cuba membuat teori di mana keterikatan kuantum ini adalah asas dan konsep ruang muncul. Ruang tidak ada; kita dapat membuat gambaran ruang yang baru muncul dengan cara yang sama seperti kita menggunakan tekanan dan suhu untuk menggambarkan gas.
Saya bukan satu-satunya orang yang berusaha mengembangkan teori ini. Idea bahawa ruang mungkin muncul dari keterikatan adalah idea lama yang mendapat daya tarikan baru dari orang seperti Roger Penrose. Teori saya adalah bahawa ruang mungkin muncul, tetapi masa itu adalah asas dan sebab-sebab adalah asas. Itu pandangan yang akan disetujui oleh sebilangan orang, dan banyak orang tidak setuju.
Space.com: Apakah matlamat utama untuk melakukan kerja teori seperti ini?
Smolin: Ideanya adalah untuk mengembangkan dan mencipta teori dari mana anda dapat membuat ramalan yang diuji oleh eksperimen. Sebilangan besar orang yang serius tidak memandang serius cadangan teori melainkan jika ia disertakan dengan kaedah untuk mengujinya, sekurang-kurangnya pada prinsipnya jika tidak sekarang dalam praktik. Tanpa eksperimen, sangat mudah bagi ahli teori untuk bercakap matematik yang indah, yang salah dan tidak ada kaitan dengan alam semula jadi. Kita memerlukan ahli eksperimen untuk menyingkirkan idea dan menyempitkan kemungkinan.
Hanya generasi atau dua generasi terakhir yang mempunyai teori yang sukar diuji. Oleh itu, anda boleh membuat generasi keseluruhan untuk bekerja, katakanlah, model fizik partikel yang melampaui model standard dan ini tidak diuji secara eksperimen. Ini tidak biasa, dan malangnya, mencirikan zaman kita.
Banyak orang yang serius dalam bidang fizik teori asas bekerja keras untuk mengusik dan membuat cadangan yang boleh diuji sekarang. Versi non-lokaliti saya meramalkan bahawa kesan kuantum sebahagiannya disebabkan oleh fakta bahawa atom sangat serupa dengan sebilangan besar atom di alam semesta. Sekiranya kita dapat membuat sistem kuantum yang unik - yang tidak mempunyai salinan lengkap di mana pun di alam semesta yang dapat dilihat - ia tidak akan mematuhi mekanika kuantum, ia akan mematuhi beberapa persamaan yang agak berbeza yang saya hasilkan. Itu hampir di ambang apa yang dapat diuji oleh makmal eksperimen dalam mekanik kuantum sekarang.
Artikel ini telah diedit dan disingkat demi kejelasan. Awak boleh beli "Einstein's Unfinished Revolution" di Amazon.com.
- Atom Terikat 'Seram' Ini Baru Membawa Pengkomputeran Kuantum Satu Langkah Lebih Dekat
- Quasar Kuno Memberi Bukti Luar Biasa untuk Kuantum Entanglement
- Mengapa Mekanik Kuantum Tidak Menerangkan Graviti? (Op-Ed)
